古代的人们用什么来计时,比如日晷?

人类最早使用的计时仪器是通过太阳的投影长度和方向来判断时间。前者叫标准表,用来测量日中之间的时间,确定季节,辨别方向;后者被称为日晷,用于测量时间。两者统称为太阳钟。

公元前1300年至公元前1027年,中国殷商时期的甲骨文中就有使用标准表的记载。《诗经·国风·方子》中有一篇,“方子作于楚宫。一巴掌拍在太阳底下,在楚室里干……”。使用标准手表的确切记录是公元前659年。

太阳钟,如标准手表,在阴天或夜晚会失效。为此,人们发明了漏壶、沙漏、油灯钟、蜡烛钟等计时仪器。

在中国古代,应用机械原理设计的计时器主要有两种。一类用流体力学计时,有刻漏和沙漏后来出现;一种用机械传动结构来计时,包括浑仪和水运仪。此外,还有一种利用天文原理(多是根据太阳阴影的方向来测量时间)的日晷,也是中国最古老的时计之一。

日晷,水钟,沙漏

标准手表、日晷、测量滴水量的水钟、沙钟、火钟、蜡烛钟、千铜漏滚弹、燕游滴水漏、龙船香漏、龙水、赤道日晷、赤道经纬仪、浑天仪等。

日规

标准表中的“桌”是垂直立在地上的杆子或石柱;“圭”是一块从表跟向北水平延伸的石板。每当太阳转向正南,影子就落在贵屿的水面上。通过测量影子的长度,我们可以计算每个节气的时间,如冬季至日和夏季至日。影子最长的时候,冬天的至日来了;在最短的时间里,夏天至日来了。它是中国最古老和最常见的天文仪器。

日规

日晷也是一种通过观察太阳的影子来计时的仪器,主要是根据影子的位置来确定时间或者当时的分钟数。从出土的文物来看,日晷是汉代以前使用的,在机械钟传入中国之前一直是常用的计时器。日晷的主要部分由指针和刻面组成。当太阳在天空中移动时,手的投影在表面上像时钟的指针一样移动,这可以指示时间。

瞬间

标准表和漏壶都是利用太阳的影子来计算时间,但是下雨或者天黑的时候就会失去作用,于是就产生了一种可以昼夜计时的水钟,这就是漏壶。漏是指漏锅;雕的意思是雕一支箭。箭头是一把标有时间刻度的尺子。漏雕就是利用均衡滴水漏的原理,通过观察壶内雕箭上显示的数据来计算时间。作为计时器,裂口的使用比日晷更常见。在中国古代,许多文人骚客留下了许多诗情画意的关于失踪版画的篇章。如唐代诗人李贺说:“犹如宫漏添海水,一夜滴长门。”宋代苏轼:“月缺时,人静。”在机械钟表传入中国之前,漏刻是中国使用最广泛的时计。

漏壶

又名漏壶、漏壶。漏壶主要有两种:排水型和接水型。早期的漏水大多是排水型的。漏水壶底侧漏水,格叉和关闭舌再次上升,使漂浮在漏水壶表面的漏水箭头随水面下降,漏水箭头上的刻度指示时间。后来创造了接水型。水以恒定的流速从漏水壶注入接收壶,接收壶水面上漂浮的漏水箭头随着水面的上升指示时间,提高了计时精度。

为了获得恒定的流量,首先要保持漏壶的水位恒定。其次,灌水壶的水管截面积必须固定,水管采用“渴黑”(虹吸)原理,便于调节和维修。保持水位不变或接近不变有两种方法,这两种方法都见于宋代杨家所作的《胡氏齐国风图》(1153出版)。图中“唐代(约公元600 ~ 650年)所制吕彩鼎”漏壶上方刻有数个补偿壶,“近代(1030)所制苏烟鼎”为溢流法刻,深四寸。多余的水从平水壶(下腔)通过竹注射管流入减水角。阎肃创造的漏壶叫莲花漏,北宋时流行于全国各地。

桓谭(卒于公元56年)在《历代三朝、三国、六朝、秦汉、后世诸汉书》中写道,刻漏程度随干湿冷暖而异,昼夜应参照日晷、星宿来查。当时就认识到了水温和空气湿度对刻漏计时精度的影响。

最早的刻漏记录可以在李周找到。出土文物中,最古老的刻漏为西汉遗物,3件,均为排水型。其中以1976年内蒙古自治区伊克昭盟杭锦旗出土的青铜漏壶最为完整,刻有明确的年代。传世的比较完整的刻漏有两处,都是受水的:一处是北京中国历史博物馆元代三年(1316)所建;一件是北京故宫博物院的,清代的。

沙漏

因为冬天水容易结冰,所以被流沙带动。《史明田文志》记载,早期詹西元创制了“五轮沙漏”。后来周树学为了防止堵塞,把流沙洞扩大,改用六个轮子。宋濂(1310 ~ 1381)写的《宋集》中记载了沙漏结构,有零件的大小和减速齿轮各轮的齿数,并说第五轮的轴尖没有齿,但装有指示时间的景观盘。

浑天仪

在古代文献中,说洛是汉武帝时(公元前140 ~ 87)的浑仪,但没有提到它的结构。《晋志》记载东汉张衡(公元78 ~ 139)制作浑仪,说是靠密室漏水带动,仪器所指示的星辰时间与天文观测结果一致。《新唐书·天问志》详细记载了唐开元十三年(725)和梁灵赞由僧人一行设计的浑天仪。仪器装有两个轮子,分别是太阳和月亮,水车驱动大象。大象一天转一圈,太阳转1/365圈。该仪器还配备了两个木偶,分别击鼓雕刻。这是一座底部窄、宽度大的木结构建筑。

水运图像表

北宋元佑三年(1088)苏颂、韩公廉等人所作。邵生初年(1094 ~ 1097)他们写的《新器象要》,里面有几个总图和部件图。这个水运工具有三英尺多高,两英尺多宽。这是一座又窄又宽的木制建筑。平台下层有提水装置,由人力带动上轮和下轮(管车)将水提升到天河(受水池)注入天池(蓄水池)。台中的扁壶水位保持恒定,通过一定截面的水管向枢轴轮(水车)上的水壶排出恒定流量的水,推动枢轴轮。枢轴轮通过传动齿轮带动昼夜轮、大象和浑天仪。

水运仪图像平台中有一个复杂的齿轮传动系统。在枢轴轮的上方和周围有一个“天衡”装置——擒纵机构,这是计时机械史上的一大创造,它把枢轴轮的连续旋转运动变成了间歇旋转运动。

大量灯泄漏

1276年,中国元朝的郭守敬做了一个大漏灯。它由水力驱动,由齿轮系和相当复杂的凸轮机构带动木偶自动报时“鸣钟一会,刻鼓两分钟,鸣钹三声,鸣钹四声”。